Испытания: гибкий робот выдержал огонь и давление

Сколько держит давление робот? — DRIVE2

Тут в заметке про клапан сцепления завязалось обсуждение работы насоса робота. Решил написать про это отдельно.О проблемах робота говорят много, но достоверной информации мало. Меня смущало, что насос включается каждые 15 секунд. Хотя иногда мог держать и 40.

При случае был заменён клапан сцепления (купленный как раз по каталогу “Чери”). Рассудил, что надо менять его, потому как передачи втыкаются нормально, а этот клапан работает часто и должен обеспечивать пропорциональное движение штока, а не дискретное, как переключающие.

К тому же было ощущение, что при выжатом сцеплении давление падает быстрее, чем при отпущенном.

Обратите внимание

В итоге ситуация немного улучшилась: 22 секунды на сцеплении против 15, но в целом всё по-прежнему. Вот свежие графики, записанные на месте и на ходу.

Полный размер

Стою на месте, робот отпустил сцепление.

Полный размер

Равномерное движение на пятой и остановка.

Ясно видно, что пока робот держит сцепление, давление падает быстро. Причём на это не влияет включенная передача. Есть ли тут проблема? В чём может быть дело?

Посмотрим на устройство робота.

Кратко, из чего стоит блок переключения передач: 1 — корпус с каналами; 2 — толкатель рычага сцепления; 3, 4 — пропорциональные электроклапаны включения передачи; 5, 6 — дискретные электроклапаны выбора передачи; 7 — пропорциональный электроклапан сцепления; 8 — гидроаккумулятор; 9 — датчик давления; 10 — датчик положения поршня толкателя сцепления; 11 — датчик включения передачи (поворот штока КПП); 12 — датчик выбора передачи (выдвижение штока КПП); 13 — перепускной клапан (или пробка?, подскажите).

Общая схема блока переключения передач.

Интересное, гидросхема: 1 — бачок; 2 — шестерёнчатый насос с электроприводом; 3 — обратный клапан; 4 — привод включения передачи; 5 — датчик включения передачи; 6 — привод выбора передачи; 7 — датчик выбора передачи; 8 — привод толкателя сцепления; 9 — датчик положения толкателя сцепления; 10, 11 — пропорциональные электроклапаны включения передачи; 12 — пропорциональный электроклапан выжима сцепления; 13, 14 — электроклапаны выбора передачи; 15 — датчик давления; 16 — гидроаккумулятор; 17 перепускной клапан (или пробка?, подскажите).

Гидросхема робота.

Сопоставляя схему и наблюдения мне трудно сделать однозначный вывод, что именно не так. Почему давление падает быстрее при выжатом сцеплении? Не полностью открывается клапан и часть уходит в слив? Больше-то ничего в системе не меняется.

У кого есть опыт в данном вопросе? В принципе, я езжу и время включения насоса не напрягает, раздражает только резкое включение сцепления, но, думаю, надо проверить потенциометры. Если у кого-то в Москве есть желание сравнить работу робота — буду рад встретиться, кабель и программка у меня есть.

Фотки старого и нового (“китайского”) клапанов для тех, кто ещё сомневается, что в китайской коробочке лежит тот же клапан из Монако.

Полный размер

Мой старый клапан в разборе.

Полный размер

Что лежит в коробочке

Благодарю за внимание 😉

Источник: https://www.drive2.ru/b/2817081/

Не уязвимый робот проходит через огонь и воду

Базовая конструкция Freaky Soft Robot, разработанного профессором Джорджем М. Уайтсайдсом в гарвардской лаборатории, описана в журнале Soft Robotics. В основном она схожа с той, что сделана несколько лет назад, но с тех пор возможности серьезно расширились.

Чрезвычайно прочное силиконовое покрытие робота позволяет ему функционировать при минусовых температурах (проверено до -9 градусов Цельсия), скорости ветра до 40 км / ч, в лужах глубиной до 5 см, до 50 секунд находиться в пламени газовой горелки с температурой до 2727 градусов. Робот также устойчив к некоторым кислотам.

Эта версия робота является полностью автономной, на одной зарядке аккумулятора он может совершенно спокойно работать в течение примерно 2 часов. Здесь нет системы зондирования и интеллектуальных возможностей, но вы можете превратить его в платформу для наблюдения, установив необходимое оборудование.

Важно

Робот может использовать один из нескольких вариантов перемещения, чтобы двигаться по прямой линии или поворачивать, а максимальная скорость достигает 18 метров в час (0,5 сантиметра в секунду). Под давлением внутри до 1,4 bar, робот довольно сильный и легко поднимает полезную нагрузку до 3,4 кг или статично удерживает на платформе груз весом до 8 кг.

Будучи абсолютно автономным, Freaky Soft Robot включает массу компонентов: от миниатюрных воздушных компрессоров, до батарей, клапанов и контроллера и все эти вещи достаточно хрупкие, их легко повредить.

Так что робот может выдержать огонь, лед и воду, попасть под колеса машины только в случае если эти уязвимые компоненты, включая электронику находятся в одной из конечностей.

Общая стоимость всех компонентов составляет около $ 1111.

Есть дополнительные возможности, чтобы сделать робота еще более не уязвимым.

Одним из недостатков конструкции является уязвимость открытых, жестких компонентов в центре робота (компрессоры, клапаны, контроллер, батареи) в агрессивных условиях (удары, давление и другие жесткие условия окружающей среды ).

Избежать этой опасности можно за счет более прочной защиты над уязвимыми компонентами и заключение их в мягкий материал. Другим, технически более сложным вариантом является замена жестких компонентов мягкими аналогами. Этот подход, однако, требует значительных прорывов в развитии гибкой электроники, батарей и насосов.

Одним из перспективных вариантов является использование пассивных мягких компонентов, где это возможно (например, пассивные клапаны).

Возможно, электромеханические насосы могут быть заменены химическими газогенераторами или, возможно, искусственными мышцами, может быть установлен гидравлический насос между конечностями и телом.

Последние исследования в области новых материалов позволяют надеяться на появление более совершенных и разносторонних систем в течение следующих нескольких лет, так что, возможно, мы действительно увидим роботов, которые не могут быть уничтожены.

Источник: http://www.robogeek.ru/promyshlennye-roboty/ne-uyazvimyi-robot-prohodit-cherez-ogon-i-vodu

3D-принтер произвел на свет полумягкого робота-прыгуна

Воодушевившись «мудрым» устройством биологических объектов, робототехники начали проектировать роботов с полностью или частично мягкими телами. Такие роботы должны быть более стойкими, адаптивными и безопасными при контактах с человеком, чем роботы традиционные — ригидные.

Американским ученым удалось преодолеть основные затруднения в проектировании и изготовлении «полумягких» роботов — сложность производственного процесса в целом и сочленения мягких и твердых компонентов в частности. С помощью многокомпонентной 3D-печати они создали робота, жесткость которого плавно снижается от сердцевины к внешней оболочке.

Странное на вид создание за счет сжигания бутана и кислорода способно выполнять многочисленные автономные прыжки.

Совет

Обычно роботов собирают из твердых компонентов, чтобы обеспечить высокую точность и управляемость. Конструирование роботов из алюминия и стали сопряжено с использованием крупного оборудования и сложным процессом сборки.

Поэтому в последние годы появились прототипы «мягкотелых» устройств, построенных по образу и подобию беспозвоночных — например, головоногих моллюсков [1] — и позвоночных, таких как змеи [2] или рыбы [3].

Использование пластичных материалов облегчает развитие бионических робототехнических систем*, более приспосабливаемых, устойчивых и безопасных, чем их жесткие аналоги.

Однако производство мягких роботов тоже не обходится без существенных технических трудностей. Тела таких систем изготавливают в уникальных формах и собирают поэтапно.

Формы же сами по себе сложны, и на их создание тратится много времени, что особенно нерентабельно при создании прототипов — несерийных и постоянно совершенствующихся экземпляров.

Для многих типов роботов необходимы жесткие компоненты для энергообеспечения и управления мягкими телами, а сочленения твердых компонентов и мягкого тела — типичные места повторных поломок.

В природе многие животные используют градиенты жесткости для сочленения твердых и мягких компонентов тела. Градиенты позволяют минимизировать напряжение, разрушающее места таких соединений.

Одна из причин, по которой биологические системы имеют преимущество над инженерными, — то, что в природе объекты производятся путем самоорганизации, потому и повышение сложности системы обходится намного «дешевле».

Обратите внимание

Новые цифровые технологии — такие, как 3D-печать [7] — позволяют проектировщикам слегка приблизиться к этому уровню структурной сложности, но в бóльшем масштабе и с меньшим количеством материалов: расход субстанций не зависит от сложности геометрии.

Сотрудники Гарвардского университета и Университета Калифорнии использовали «мультиматериальный», то есть печатающий широким спектром материалов, 3D-принтер (Connex500, Stratasys) для создания функционального тела робота, устранив этим потребность в сложных процессах изготовления форм и сборки [8].

Тело робота состоит из двух вложенных полусфер. Пластичная нижняя полусфера представляет собой камеру сгорания — небольшое углубление, определяющее исходный объем, который заполняется кислородом и бутаном. Воспламенение от искры вызывает объемное расширение газов, растяжение полусферы и поднятие робота в воздух (рис. 1).

Верхняя полусфера характеризуется неравномерной эластичностью за счет градиента из девяти слоев разной жесткости — от очень гибкого (подобно каучуку) до абсолютно твердого (как термопласт).

Твердый слой верхней полусферы не только обеспечивает связь с компонентами управления, но и предотвращает нежелательное расширение, направляя энергию сгорания газов вниз и увеличивая тем самым эффективность подскока.

Пневматические «ноги», сконструированные по той же схеме из двух вложенных полусфер, наклоняют тело перед скачком, задавая направление движения. Такое разделение приводов питания и контроля упрощает запуск устройства и усиливает контроль над направлением движения (рис. 2).

Рисунок 1. Принцип действия робота. Подробное объяснение — в тексте статьи. Чтобы начать прыжок, робот избирательно раздувает ноги, наклоняя тело в намеченном направлении скачка. При сгорании газовой смеси нижняя полусфера надувается, отталкивая робота от земли и поднимая в воздух. При приземлении ноги сдуваются. Рисунок из [8].Рисунок 2.

Читайте также:  Аквариум с искусственным интеллектом

Компоненты, обеспечивающие движение: функциональные связи средств питания и контроля.

Основной модуль содержит источник напряжения (1), специальную монтажную плату (2), батарею (3), кислородную кассету (4), бутановый топливный элемент (5), миниатюрный воздушный компрессор (6), регулятор давления (7), набор из шести соленоидных клапанов (8-13) и сеть каналов для установления связи между компонентами.

Важно

Основной модуль механически соединен с твердым «телом» робота высокопрочными крепежными деталями, а функционально — четырьмя трубками (тремя пневматическими для «ног» и еще одной для доставки топлива в камеру сгорания) и двумя проводами (генерируют в камере искру). Синим цветом обозначены воздуховоды, красным — топливные каналы, желтым — электропровода. Рисунок из [8].

Чтобы понять, насколько мягкой следует делать верхнюю полусферу, исследовали три ее варианта: твердый, мягкий и с постепенным послойным переходом от мягкого к жесткому. Хотя совершенно плавный переход был бы идеален, возможности техники изготовления оказались ограничены пошаговым градиентом максимум из девяти слоев. Нижняя полусфера по умолчанию должна была быть абсолютно мягкой — для обеспечения отталкивания.

Результаты опытов на растяжение и скручивание показали, что градуированная по жесткости полусфера позволяет на 30% сократить максимальное напряжение материала, что сопоставимо с величиной максимального напряжения мягкой полусферы («чемпиона» в этом соревновании).

Моделирование прыжков выявило, что мягкая верхняя полусфера неэффективна для направления энергии сгорания газов вниз, то есть уменьшает силу скачка. Лучшие результаты, как и ожидалось, показала абсолютно твердая полусфера. Однако возник вопрос о том, как поведут себя эти три вида полусфер при приземлении.

Модельный эксперимент (рис. 3) при силе удара о поверхность 50 ньютонов показал, что твердая полусфера намного меньше деформируется, однако всю силу удара она испытывает сразу при приземлении, тогда как по полумягкому телу робота сила удара распределяется постепенно.

Мягкое тело не чувствует никакого возрастания силы удара, пока с поверхностью не соприкоснется его маленькая твердая сердцевина, которая реагирует как полностью твердая полусфера, сразу же принимая на себя все 50 Н. Оказалось, что твердая и мягкая полусферы гасят соответственно лишь 13 и 73% энергии удара, поглощаемой «полумягким» роботом.

Это свидетельствует о наибольшей эффективности градуированного по жесткости тела в распределении импульса, а потому и в уменьшении пиковых напряжений и обеспечении мягкости посадки.

Рисунок 3. Сравнение реакции на удар о поверхность (симуляция приземления трех типов верхних полусфер). Робот ударяется о поверхность под углом 45°. Этот угол соответствует особо экстремальным условиям «посадки» и коррелирует с наблюдаемыми в прыжковых экспериментах показателями приземления.

Величину напряжения, возникающего в теле при ударе силой 50 Н, можно оценить по цветовой шкале. Изображение создано на основе результатов анализа конечных элементов. Рисунок из [8].

Испытания напечатанных на 3D-принтере роботов двух видов подтвердили результаты моделирования. Робот с твердой верхней полусферой подпрыгивал на 1,12 м, используя 40 мл бутана и 120 мл кислорода.

Совет

Робот с многослойной (градуированной по жесткости) полусферой при том же расходе топлива подлетал на 0,25 м. Гибкого робота решили не печатать, так как моделирование предсказало его непрактичность. Хотя полумягкий робот прыгал не столь высоко, он лучше переносил приземление (рис. 4 и видео).

В одном из тестов тело твердого робота разрушилось при приземлении, выдержав лишь пять скачков. Робот с полумягким телом выдержал целых 10 и остался пригодным к дальнейшей эксплуатации.

Рисунок 4. Экспериментальные прыжки роботов. а — Момент контакта двух типов роботов с поверхностью после прыжка. Твердый робот (слева) ломается при приземлении. Полумягкий робот поглощает энергию удара и «выживает». б — Полумягкий робот выполняет прыжок с наклоненной поверхности на стол.

Слева направо: робот готовится к скачку, кислород и бутан поставляются в камеру сгорания; при воспламенении топлива робот поднимается в воздух; робот приземляется на стол. в — Направленный скачок. Робот наклоняется назад во время прыжка, обеспечивая мягкое приземление на надутых «ногах».

После приземления он наклоняется вперед и возвращается в позицию «предскачка». Рисунок из [8].

Результаты экспериментального испытания, показанного на рисунке 4. В первой части сравнивается приземление двух типов роботов.

Во второй части полумягкий робот прыгает с наклонной поверхности (дополнительно показан взлет в замедленном режиме), а в заключительной — совершает направленный скачок на плоской поверхности.

Бόльшую часть дальнейших экспериментов с полумягкими роботами исследователи проводили без основного модуля и при подаче топлива и искры из внешних источников, чтобы упростить испытания и сократить массу системы до 50%.

При этом роботы выдерживали более 100 прыжков. Полноценный же образец мог совершать недостижимое для предыдущих разработок количество автономных прыжков — 21 (плюс 89 управляемых извне).

Он подпрыгивал на 0,76 м (шесть высот тела) и направленно отскакивал в сторону на 0,15 м (половина длины тела).

Обратите внимание

В недавнем эксперименте швейцарских ученых созданный ими по аналогии с «Ванькой-встанькой» робот тоже мог выполнять многочисленные прыжки на неровном ландшафте, причем принимал прежнее положение после приземления в любой ориентации [9].

В отличие от него полумягкий американский робот не может принимать предпрыжковое положение на неровной поверхности приземления, однако способен задавать направление прыжка.

К тому же он приспособлен для хранения запаса топлива на 32 прыжка и монолитен — не имеет никаких скользящих частей или традиционных суставных сочленений, которые могут деформироваться грубым ландшафтом и загрязняться. Как и швейцарский «Ванька», напечатанный на 3D-принтере американский робот не повреждается огнем при микровзрывах газов в камере сгорания.

Изготовление мягких роботов многокомпонентной 3D-печатью имеет многочисленные преимущества перед традиционными методами формовки.

У этого способа прототипирования высокая производительность: он позволяет быстро воспроизводить образцы (без дополнительных вложений даже при повышении морфологической сложности), а также печатать монолитные объекты из нескольких материалов, что избавляет от недостатков сложных сочленений. Но самая важная особенность — это возможность создания объектов с градиентом жесткости, который снижает возникающее на стыке материалов напряжение. Существующий ассортимент субстанций для 3D-печати довольно ограничен и, возможно, пригоден только для изготовления опытных образцов, но в скором будущем он непременно увеличится и поспособствует расширению применения описанного подхода в робототехнике.

  1. Shepherd R.F., Ilievski F., Choi W., Morin S.A., Stokes A.A., Mazzeo A.D. et al. (2011). Multigait soft robot. PNAS. 108 (51), 20400–20403;
  2. Onal C.D., Rus D. (2013). Autonomous undulatory serpentine locomotion utilizing body dynamics of a fluidic soft robot. Bioinspir. Biomim. 8 (2), 026003;
  3. Marchese A.D., Onal C.D., Rus D. (2014). Autonomous soft robotic fish capable of escape maneuvers using fluidic elastomer actuators. Soft Robotics. 1 (1), 75–87;
  4. Бионический конструктор Эльпюль;
  5. Голактеко опасносте: ДНК-роботы в живом организме;
  6. Биоинженеры научились получать ДНК-структуры, сборкой и разборкой которых можно управлять;
  7. Органы из лаборатории;
  8. Bartlett N.W., Tolley M.T., Overvelde J.T., Weaver J.C., Mosadegh B., Bertoldi K. et al. (2015). A 3D-printed, functionally graded soft robot powered by combustion. Science. 349 (6244), 161–165;
  9. Loepfe M., Schumacher C.M., Lustenberger U.B., Stark W.J. (2015). An untethered, jumping Roly-Poly soft robot driven by combustion. Soft Robotics. 2, 33–41..

Источник: https://biomolecula.ru/articles/3d-printer-proizvel-na-svet-polumiagkogo-robota-pryguna

Почему таракана трудно раздавить

Особое устройство экзоскелета позволяет насекомым выдерживать сильное давление и оставаться в живых при ударах и столкновениях.

Легко ли раздавить таракана? Конечно, если на него наступить со всей силы, то никаких шансов у таракана уже не будет, но вот если бросить в него каким-то предметом, то нередко случается, что он даже после прямого попадания убегает, как ни в чём не бывало.

И это касается не только тараканов – наверняка многие задумывались, почему насекомые такие удароустойчивые.

Особенно часто такой вопрос возникает при виде пчёл, ос, мух, бабочек: они ведь то и дело на что-то натыкаются – на листья, на стебли, на стены, постоянно бьются в стекло, пытаясь найти выход из дома – но никакого вреда подобные столкновения им, похоже, не несут.

Важно

Робот-таракан, способный выдерживать сплющивание и при этом передвигаться. (Фото PolyPEDAL Lab UC Berkeley.)

Устройство экзоскелета позволяет тараканам протискиваться даже в самые узкие щели. (Фото PolyPEDAL Lab UC Berkeley.)

Секрет насекомых (и, очевидно, прочих членистоногих) – в особых свойствах их экзоскелета, описанных исследователями из Калифорнийского университета в Беркли в статье в PNAS.

Каушик Джаярам (Kaushik Jayaram) и Роберт Фулл (Robert Full), экспериментируя с тараканами Periplaneta americana, обнаружили, что при высоте тела в 9 мм они способны протиснуться в щель размером всего 3 мм.

Сначала насекомые ощупывают дыру антеннами, затем пропихивают в неё голову и передние лапы, а потом начинается самое интересное – их туловище сплющивается настолько, что легко может пройти в отверстие, которое намного меньше самого таракана; вся процедура занимает менее двух секунд, то есть никаких длительных усилий тут не требуется. Похожий фокус способны проделывать только осьминоги (с поправкой, конечно, на разницу в размерах между ними и тараканами), но заметим – у осьминогов вообще нет никакого жёсткого скелета, ни внешнего, ни внутреннего. А у тараканов есть.

Хитрость в том, что покровы членистоногих одновременно и твёрдые, и мягкие, их экзоскелет состоит из пластин, соединённых эластичными мембранами – такое соединение позволяет им заходить друг на друга при сдавливании.

Кроме того, гибкость самих пластин позволяет им, сгибаясь, не ломаться, а передавать энергию деформации к ногам, ноги же, хотя и оказываются при сплющивании вывернутыми, всё же двигают насекомое вперёд – на их голенях сидят шипики, которые позволяют отталкиваться от поверхности.

Грубо говоря, таракана можно легко сплющить, но поэтому же его и трудно раздавить.

Совет

Повторим, что тараканы тут не есть нечто исключительное – месяц назад на конференции Общества интегративной и сравнительной биологии исследователи из Гарварда сделали доклад про пчёл и ос, в котором также говорилось про твёрдость и упругость их экзоскелета.

Читайте также:  Словарь дельфинов: использование технологий для перевода их языка.

В частности, выяснилось, что при столкновении в полёте с каким-нибудь препятствием тело пчёлы или осы срабатывает, как пружина, так что насекомое отскакивает обратно; удар при этом, разумеется, смягчается.

А в их крыльях есть «заплатки» из эластичного белка резилина, который тоже может «пружинить», тем самым защищая крылья от механических повреждений.

(У шмелей же, в отличие от ос и пчёл, всё устроено несколько иначе – сосуды в крыльях шмеля сидят близко к телу, и потому концы крыльев могут свободно гнуться в столкновениях с чем-то твёрдым.)

Очевидно, такой «твёрдо-гибкий» скелет был бы весьма востребован в робототехнике. Каушик Джаярам решил не откладывать дело в долгий ящик и сам собрал робота высотой всего 75 мм – по форме «тела» и из-за скелетных пластин он был похож на мокрицу.

Робот мог ходить (или ползать?), причём его ноги были устроены по типу тараканьих, то есть могли отталкиваться от пола, даже будучи вывернутыми.

Его можно было сплющить так, что высота его уменьшалась вдвое, и он продолжал ползти вперёд, причём скорость его в 5-10 раз превышала скорость мягких роботов, которых разрабатывают для работы в сложных условиях и которые устройством своим копируют того же осьминога.

(Видео с тараканами и «твёрдо-мягким» роботом можно посмотреть здесь.) Осталось только приделать к нему крылья – как признают сами исследователи, создать искусственный аналог осиных-пчелиных крыльев будет довольно сложно, однако первые испытания «Робошмеля» запланированы уже на эту весну.

Источник: https://www.nkj.ru/news/28166/

Битва огня и интеллекта // «Кобра», электричество, лопающиеся капли и роботы против пламени

?luckyea77 (luckyea77) wrote,
2015-08-30 15:57:00luckyea77
luckyea77
2015-08-30 15:57:00

Вечный образ бравого пожарного, бесстрашно сигающего в пекло и заливающего пламя водой из огромного шланга, отходит в прошлое. Скоро спасатели смогут тушить огонь вообще без воды и даже без личного присутствия, потому что их задачи будут выполнять роботы. Ученые готовят великую революцию в противопожарных технологиях.

— Теперь для спасателя главное — не просто потушить огонь, а сделать это максимально быстро, эффективно и аккуратно, не погибнуть самому и не навредить имуществу и природе. Пожарные больше не безбашенные парни и любимцы всех домохозяек, они — герои с интеллектом. Вот, например, в Швеции уже давно есть такой лозунг: «Пожарный не должен быть отважным, пожарный должен быть умным!». И их спасатели честно ему следуют, —рассуждает Михаил Сафроненко, спасатель первого класса, оперативный дежурный Пожарно-спасательного центра Москвы и преподаватель в учебном центре компании «Объединенные спасательные технологии».Лицо и руки Сафроненко при любом освещении розоватые. Такое часто бывает у людей, которые постоянно работают в самом пекле: с доменной печью, в котельной или на пожарах.Технологических революций в деле пожаротушения было не меньше десяти, и каждая из них приближала понимание того, что в борьбе с огнем смелость и отвага — плохие товарищи, что со стихией нужно справляться технично, малыми силами и без потерь личного состава. Например, появление насоса, пожарного рукава и ствола позволило спасателям подавать воду под большим напором и тушить пламя с безопасного расстояния. Дальше была изобретена компрессионная пена, благодаря которой стало возможно устранять пожар с еще большего расстояния и подавлять пламя быстрее. Недавно была создана установка «Кобра», из которой вода выстреливает под огромным давлением, и струя, смешанная с металлической крошкой, пробивает стены и позволяет тушить пожар, не входя в здание.— При помощи двух «Кобр» мы в начале февраля тушили библиотеку ИНИОН, и с ними работа была гораздо эффективнее, — говорит возглавлявший операцию Сафроненко. — Сейчас ученые создают очень крутые вещи. И чтобы нам с ними работать, надо перестраивать мозги, обучаться, осваивать эти новые технологии, чем и начали заниматься пожарные по всему миру.
Дежурный координирует действия всей бригады спасателей. Его речь всегда записывается, чтобы потом следователи могли точно знать, как развивался пожар.

Ток вместо воды

«Для тушения пожара вода не нужна!» — такое громкое заявление сделал в 2011 году аспирант Гарвардского университета Лудовико Кадемартири, ученик одного из самых цитируемых в мире химиков Джорджа Уайтсайдса, и представил своим коллегам и преподавателям новый способ борьбы с огнем при помощи электрического поля.

«Если открыть дверь, произойдёт взрыв и выброс горячего пламени, от которого может погибнуть человек»

Кадемартири устроил небольшое экспериментальное возгорание: развел на университетском полигоне костер площадью примерно в один квадратный метр. Он положил один электрод с положительным зарядом (анод) из тугоплавкого материала на землю у самого края костровища.

Второй такой же электрический стержень, только с отрицательным зарядом (катод), он закрепил над огнем параллельно первому электроду. И подключил оба к усилителю мощностью 600 ватт. Пустив ток в стержни, Кадемартири создал между ними сильное электрическое поле, и за считанные секунды пламя схлопнулось, будто ушло под землю.

https://www.youtube.com/watch?v=OLHAbGHS0r0

Разгадка этого фокуса — в природе горения, которое представляет собой сложный физико-химический процесс. Внутри пламени происходят окисление и распад веществ, из которых состоит топливо (будь то дрова, бумага или пластик), на свободные электроны и положительно заряженные ионы.

И когда на электроды, расположенные рядом с огнем, поступает ток, они буквально вытягивают из зоны горения разнозаряженные частицы, так как разные заряды притягиваются: положительные ионы осаждаются на катоде, а отрицательные электроны — на аноде. В итоге условия протекания реакций распада в пламени нарушаются.

Можно сказать, огонь просто лишается своей питательной среды и резко тухнет.Тушение огня электричеством имеет очевидные преимущества: скорость устранения возгорания, эффективность, однако его невозможно применять оперативно. И не везде реально обеспечить работу этой системы. Дать пожарному электроды и пустить его в самое пекло, мягко говоря, небезопасно.

Обратите внимание

Однако такой метод может быть весьма полезен в качестве замены стандартной водной оросительной системы пожаротушения, когда в помещении под потолком утанавливают спинклеры (распылители воды) и детекторы дыма и огня.

— Мы сейчас работаем над системами стационарного пожаротушения при помощи электрического поля, — рассказал Кадемартири в одной из своих статей на сайте Гарвардского университета. — Во-первых, оно намного быстрее устраняет воспламенение, во-вторых, совсем не наносит ущерба помещению, в отличие от льющейся с потолка воды.
С приходом новых технологий огнетушители и пенные брандспойты не отомрут, они просто уйдут в запас для подстраховки или будут висеть на стене в дежурной части как памятный трофей

Взрывы гасят пламя

Впервые взрывной метод для тушения пожара применили еще в Советском Союзе. В 1963 году на газовом месторождении Урта-Булак в Узбекской ССР произошла авария: воспламенилась скважина с природным газом, из нее начал бить огромный фонтан пламени высотой 70 метров.

Его заливали водой и засыпали порошками с самолета, несколько сотен пожарных бригад пытались погасить огонь из брандспойтов. Но победить этот пожар не удавалось целых три года. Тогда рядом с полыхающей газовой скважиной на глубине полутора километров зарыли ядерный снаряд и подорвали его.

Отверстие, из которого вырывался факел, засыпало толстыми слоями грунта, и пламя потухло навсегда.Позже таким же методом ликвидировали еще два подобных возгорания. Но потом руководство СССР запретило спасателям применять ядерные заряды.

Пожары на газовых и нефтяных месторождениях начали тушить, обкладывая горящую скважину обычными тротиловыми бомбами, начиненными противопожарным порошком. Во время подрыва создавался вихрь со взвесью примесей, который быстро сбивал и подавлял пламя, а разрушенные взрывом слои породы закупоривали скважину.

Не так давно физики из Томского государственного университета (ТГУ) решили попробовать тушить взрывным методом более распространенные пожары. Нет, не бытовые, конечно: подрывать горящий жилой дом в центре города — не очень гуманная затея.

Томские ученые таким способом собираются бороться с низовыми лесными пожарами, когда горят только трава, мхи, опавшие листья, хвоя, валяющаяся на земле, но не полыхают ветви деревьев. Обычно для подавления такого возгорания требуется много людей, которым приходится заходить в самую глубь горящего леса, где легко погибнуть как от огня, так и от угарного газа.

Так, сбрасывая с самолёта несколько тонн воды, тушат верховые лесные пожары. Потом пожарный десант высаживается на место возгорания и добивает огонь из брандспойтов или огнетушителей.Ученые предлагают разложить вокруг зоны горения шнуровой заряд.

За ним со стороны не тронутого огнем леса создать минерализованную полосу — борозду в земле, чтобы пламя не могло перекинуться на новые территории. А дальше заряд подорвать… Ударная волна резко повысит давление — сорвет пламя и раскаленные газы, образовавшиеся во время горения. Так фронт пожара разрушится, а оставшиеся мелкие очаги уже можно будет дотушить водой.По словам Анатолия Гришина — он заведует кафедрой физической и вычислительной механики в ТГУ и представлял этот метод на одной из всероссийских конференций по борьбе с опасными техногенными и природными катастрофами, — так можно будет тушить обширные лесные пожары достаточно быстро и без жертв.

Читайте также:  Глубокое обучение и автономия ускорят рождение нового автомобильного рынка

Капли с начинкой

Важно

Еще один взрывной способ пожаротушения — это лопающиеся капли, над которыми сейчас работают другие сибирские ученые, из Томского политехнического университета. В начале этого года они получили президентский грант на совершенствование и испытание этой технологии.

С ее помощью можно будет тушить не только леса, но и жилые и производственные помещения.Томские физики добавляют в воду абразив — мелкую металлическую крошку, взбалтывают эту смесь, а затем распыляют над пламенем.

Так как металл нагревается гораздо быстрее воды, твердые металлические частицы, оказавшиеся внутри брызг, становятся горячими и буквально кипятят капли изнутри. И те, не успевая испариться, лопаются и образуют еще более мелкие брызги размером в несколько микрон. Получается паровое облако.

Пар обладает большим огнетушащим эффектом, нежели струя воды. Струя просто испаряется, а вот водная пыль сильно повышает влажность, за счет этого быстро гасит пламя и не дает огню распространяться дальше.

— Мы занимаемся экспериментами, чтобы посмотреть, как взрывные капли будут работать не только с металлическим абразивом, но и с частицами из других материалов, — рассказал руководитель проекта Павел Стрижак, профессор кафедры автоматизации теплоэнергетических процессов ТПУ, на презентации своей противопожарной технологии.

— Наша задача — опробовать этот метод в разных сферах применения. Например, при тушении лесных пожаров намного эффективнее не просто заливать деревья тоннами воды, а создавать паровые облака, которые будут покрывать большую площадь.

Рядом с полыхающей газовой скважиной в Урта-Булак подорвали атомный заряд, и пламя потухло навсегда.

Сейчас ученые исследуют возможности своих маленьких водяных бомб. Они слегка окрашивают воду, взрывают капли, а по осевшим на землю микроскопическим цветным брызгам замеряют площадь распространения пара.

Еще экспериментаторы в лабораторных условиях делают капли и начинку разного размера, подогревают их лазером и смотрят, при каких условиях взрывной эффект проявляется лучше.

Змея против дракона

Огненный взрыв и вихрь, или, как называют его пожарные, бэкдрафт (от англ. backdraft — обратная тяга), разбивающий стекла, выносящий двери, охватывающий пламенем последние уцелевшие в доме предметы мебели, раскаляющий воздух до температуры, от которой начинает плавиться металл, — это самое страшное, что случается на пожаре.

Это явление еще в 1940-е годы описывал советский физико-химик, классик теории горения и взрывов Николай Семенов. Развивается бэкдрафт следующим образом. В помещении, где происходит пожар, сгорает весь кислород. Основная часть пожарных газов, в том числе и угарного, сбивается под потолок. Давление уменьшается.

Совет

Огонь затухает, его поддерживают небольшие порции кислода, который засывается через щели или вентиляцию. Это происходит порывами, из-за чего в комнате поднимаются хаотичные огненные всполохи. Спасатели между собой называют это «дыханием пожара».
Пока пожарные перемещаются на привычных для всех больших красно-белых машинах.

Но, может быть, скоро инженеры создадут для них электромобили-беспилотники или летающие машины по типу автомобилей Пирожкова.— Когда пожар начинает дышать, наступает самый критический момент.

Если в это время открыть дверь или выбить окно, огромный поток свежего воздуха засосет в комнату, и произойдет естественный взрыв и вихревой выброс горячего пламени, от которого может оплавиться амуниция… Так погибли большинство моих коллег, — почти шепотом говорит Михаил Сафроненко, пожарный с двадцатишестилетним стажем.

— Это хлопок и воспламенение, которое происходит от столкновения пожарных газов с кислородом, то есть естественное явление. И очень коварное: его довольно сложно предугадать. Вообще, бэкдрафт похож на взбесившегося дракона, который плюется огнем. И его можно остановить, только если натравить на него какого-то другого зверя. Например, «Кобру».

Змеиным именем зовется технология, разработанная шведской компанией Cold Cut Systems. Сейчас с этой установкой работают пожарные в 30 странах мира. В прошлом году «Кобра» добралась и до России. У нас в стране есть две такие машины, и в течение 2015 года должно появиться еще десять, все они будут в Москве.

Сафроненко ведет меня на территорию Пожарно-спасательного отряда № 202, где обосновалась первая российская «Кобра». В гараже пожарной части стоят красно-белые машины, пахнет мазутом и гарью. Кажется, эти запахи въелись не только в костюмы пожарных, но и в железо автомобилей.— А вот и логово нашей змеюки, — спасатель подходит к машине, открывает кузов.

На одной из внутренних стенок висит что-то похожее на винтовку, только не черного, а светло-серого металлического цвета, с двумя курками и зеленым шлангом. Одной рукой Сафроненко берет «винтовку» за блестящий ствол, перехватывает рукоятку и кладет пальцы на курки, другой рукой он поглаживает «Кобру».— Вот эта штуковина называется «копье».

Если нажать на один курок, будет вода, если нажать на оба, будет вода с абразивом. Это металлическая стружка мелкого калибра, которая подается вместе со струей воды под давлением 300 атмосфер и проделывает маленькую дыру — около пяти миллиметров — в стене или в двери.

Как только струя проникает внутрь горящего помещения, я отпускаю курок с абразивом, и через это отверстие мельчайшими капельками распыляется вода, наполняет комнату, гасит пламя и остужает очаги возгорания. А еще пар хорошо глушит токсичный дым. Так что комната заполняется белым паром, и мы его потом просто выгоняем из помещения воздушными пушками.

— Получается, пожарному совсем не надо заходить в помещение, чтобы его потушить?— Именно так. Эта технология обеспечивает стопроцентную безопасность во время борьбы с огнем. Пожарному не нужно вскрывать комнату и провоцировать бэкдрафт. Взрыва не произойдет, спасатель останется цел и невредим. А еще «Кобра» экономит воду.

Обратите внимание

Одной цистерной стандартной пожарной машины из обычного рукава можно потушить половину футбольного поля, из рукава с высоким давлением, которое равно 50 атмосферам, получится устранить огонь с целого футбольного поля, а вот «Коброй» при таком же количестве воды можно потушить площадь в десять футбольных полей. У нас в России, конечно, воды много.

Сейчас снег весь растает, и будут огромные моря на улицах. Но вот европейцы воду берегут, они ее даже собирают после пожара.
Действия спасателей одного отряда разделяются: кто-то идёт внутрь дома — устранять очаг возгорания, другие снимают температуру с внешней стороны здания, чтобы не дать пожару.

— Серьезно? После каждого пожара?— Да-да, когда тушат из обычного рукава и много воды остается на месте возгорания. Пожарные потом эту жидкость откачивают насосом в цистерну и везут в лабораторию на очистку. Там отделяют от нее химикаты и утилизируют их, а очищенную воду просто повторно используют.

— Значит, «Кобра» вообще не оставляет после себя воды?— Ага, воды расходуется очень мало, и она вся идет в дело, превращается в пар. Благодаря этому ущерб помещению наносится минимальный. Представьте только: если квартиру потушить обычным способом, она будет сохнуть несколько суток. Где тогда хозяевам жить? А после «Кобры» можно почти сразу заезжать.

Вообще, она универсальна и может работать практически во всех возможных и невозможных условиях.— Например, в каких невозможных условиях?— Она может выдерживать экстремальные температуры. Понятно, что не только высокие, но и очень низкие. Может устанавливаться на все модели пожарных машин. Может быть отдельным модулем, который удобно перевозить на вертолете или на лифте, для того чтобы тушить последние этажи высотных зданий, куда не дотянется ни один рукав. «Кобру» можно переоборудовать под тушение соленой морской водой, что актуально для Дальнего Востока, например, или для кораблей и подлодок. Ее можно ставить на снегоход и применять на полярной станции. И еще скоро ее будут устанавливать на роботизированные машины и отправлять на места аварий в опасные, зараженные радиацией или отравленные химическими выбросами зоны, чтобы делать ту работу, которую невозможно поручить человеку.
Температуру пламени в здании пожарные определяют при помощи тепловизора, он же помогает найти источник возгорания и грамотно провести спасательную операцию.

Пожарные с искусственным мозгом

Источник: https://luckyea77.livejournal.com/831080.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector